Курсовая работа студентки 4-го курса кафедры вирусологии Биологического факультета МГУ. Москва, 2001.
Авторские права сохранены. Любое копирование данного текста и/или его фрагментов без разрешения автора запрещено и преследуется в соответствии с действующим законодательством РФ.

Содержание    В начало...
 
 

Процессинг полипротеина-предшественника вирус-специфическими или хозяйскими протеиназами является одним из основных способов экспрессии вирусных генов, который используется как ДНК-содержащими, так и РНК-содержащими вирусами. Полипротеин представляет собой продукт трансляции одной открытой рамки считывания (ОРС), содержащий несколько функциональных доменов. В ряде случаев этот белок содержит как структурные, так и неструктурные домены (например, у пикорнавирусов), которые в дальнейшем должны быть разделены. Предполагается, что протеолитический процессинг возник в процессе эволюции как способ разделения компонентов вириона и репликативных белков во времени и пространстве (так называемый "предварительный процессинг") (Krausslich and Wimmer, 1988). В некоторых случаях полипротеин может не разрезаться, но выполнять те же необходимые функции, что и набор зрелых белков. Важным аспектом процессинга является его использование для регуляции экспрессии генов. На определенных стадиях вирусного цикла функциональные домены могут оставаться неразделенныеми (или нарезаться, но оставаться ассоциированными в течение некоторого времени) и вследствие этого приобретать активность, не свойственную ни одному из этих доменов в отдельности.

В настоящей работе рассматриваются литературные данные по схемам протеолитического процессинга у представителей суперсемейства Синдбис-подобных вирусов. Особое внимание уделялось структуре и функциям протеолитических ферментов, расположению протеиназных доменов в составе полипротеина и их эволюции.

2. Классификация протеиназ

В зависимости от строения активного центра и аминокислотных остатков, входящих в его состав, клеточные и вирусные протеиназы подразделяют на цистеиновые (тиоловые), сериновые (и серино-подобные), аспартиловые и металлопротеиназы (Dоugherty and Semler, 1993). При значительной дивергенции последовательностей индивидуальных протеиназ, внутри каждой группы консервируются каталитические остатки и пространственная структура. Все протеиназы построены из двух глобулярных доменов (N- и С-концевого), в щели между которыми расположены остатки, вовлеченные в формирование активного центра. Для обозначения остатков, формирующих сайт разрезания субстрата и субстрат-связывающий участок протеиназы, используется следующая система (Schechter and Berger, 1967):

2.1 Сериновые протеиназы

Сериновые протеиназы обнаружены у эукариотических и прокариотических организмов, а также у некоторых вирусов. Их каталитическую триаду составляют остатки серина, гистидина и аспарагиновой кислоты. Остаток серина является нуклеофилом в реакции протеолиза и ацилируется, атакуя карбонил гидролизуемой пептидной связи. Протон для освободившейся NH-группы предоставляется остатком гистидина. Далее происходит гидролиз ацильного производного серина с образованием карбоновой кислоты и регенерация активного центра фермента (Polgar, 1989; Warshel et al., 1989). Cубстратная специфичность варьирует у различных сериновых протеиназ. Предполагается, что в субстрат-связывающем участке ключевую роль играет остаток S1, который по размеру или заряду "подстроен" под остаток Р1 в сайте разрезания. Довольно часто сериновые протеиназы различного происхождения объединяют в группы по принципу сходства с клеточными ферментами. Большинство вирусных сериновых протеиназ родственны химотрипсину и трипсину и расщепляют пептидные связи, образованные карбоксильной группировкой лизина или аргинина. К первым относятся капсидные белки альфавирусов, обладающие автопротеиназной активностью. К трипсин-подобным протеиназам принадлежат NS3 белок флавивирусов и Р80 пестивирусов (Bazan and Fletterick, 1989; Gorbalenya et al., 1989).

К серино-подобным протеиназам относятся только ферменты вирусного происхождения. По строению и функциональным свойствам они напоминают сериновые протеиназы, но в активном центре вместо серина содержат цистеин. Возможно, этот класс протеиназ объединяет реликтовые ферменты, являющиеся прародителями сериновых протеиназ. К данному классу относятся,например, 3С и 2А протеиназы пикорнавирусов, по пространственной структуре напоминающие трипсин (Gorbalenya et al., 1986; Bazan and Fletterick, 1988).

2.2. Папаин-подобные цистеиновые (тиоловые) протеиназы

Активный центр цистеиновых протеиназ образован остатками цистеина и гистидина. Нуклеофилом является сульфгидрильная группа цистеина, а донором протона для высвобождающейся NH-группы субстрата служит гистидин. Цистеиновые протеиназы обнаружены у корона-подобных вирусов, а также у многих Синдбис-подобных вирусов.

2.3. Аспартиловые протеиназы

Активный центр аспартиловых протеаз построен из двух остатков аспарагиновой кислоты. Так как эти протеиназы активны при низких значениях рН, их иногда называют "кислыми". Существует предположение о кислотно-щелочном механизме катализа этими протеиназами, причем в данной реакции не образуется ковалентных связей между субстратом и ферментом (Pearl and Blundell, 1984). Кислые протеиназы обнаружены в клетках млекопитающих и грибов, где эти ферменты участвуют во множестве биохимических процессов, в том числе в метаболизме белков (пепсин, гастрин и др.). Вирусные протеиназы (например, ретровирусная и параретровирусная протеиназы) по строению и функциональным параметрам напоминают клеточные аналоги. Однако, между клеточными и вирусными протеиназами есть и существенные отличия. Во-первых, размеры клеточных аспартиловых протеиназ (в среднем 325 остатков) много больше таковых у протеиназ ретровирусов (99 - 125 остатков). Во-вторых, клеточные аспартиловые протеиназы представляют собой двухдоменные белки, а их вирусные аналоги - димеры, построенные из двух абсолютно идентичных субъединиц. Существует две основных гипотезы об эволюционных отношениях клеточных и вирусных ферментов. Согласно одной из них, вирусная форма является более древней, а происхождение клеточных кислых протеаз объясняется приобретением и дупликацией гена, существовавшего у вирусов (Tang et al., 1978). Вторая гипотеза предполагает, что вирусные аспартиловые протеиназы возникли в результате делеции клеточного гена (Rao et al., 1991).

2.4. Металлопротеиназы

В активном центре металлопротеиназ находится двухвалентный ион металла (чаще всего Zn2+), а также остатки гистидина и глутаминовой кислоты. Возможно, Glu играет роль донора электрона для карбонильной группы гидролизуемой пептидной связи. Предполагается, что каталитические остатки находятся в составе мотива His-Glu-X-X-His (X - любая аминокислота), который консервативен у всех металлопротеиназ (Becker and Roth, 1992). Металлопротеиназы вирусного происхождения пока не были обнаружены, хотя протеиназа вируса краснухи имеет некоторое сходство с ферментами данного класса.

Далее...